河口物质和水体长期输运分离的理论分析和观测验证 Ⅰ.物质和水体长期输运分离的理论分析

基于单宽断面潮周期平均水体和物质对流输运通量,定义了二维水体和物质长期输运速度,它们分别描述单宽断面水体和物质长期输运的方向及快慢。通过二维水体和物质长期输运速度的对比分析,提出了物质和水体长期输运分离概念:受物质浓度影响,在物质和水体瞬时运动速度相同的情况下,物质和水体潮周期平均对流输运的方向和快慢可能存在差异。本文将二维物质长期输运速度分解为二维水体长期输运速度、二维潮泵输运速度和垂向切变输运速度,它们分别描述余流输运、潮泵输运和垂向切变输运,后两种输运造成单宽断面物质和水体长期输运分离。本文的分析表明,河口受地形、径流、潮流、密度梯度影响,存在有利于物质和水体长期输运分离的自然条件。     

痕量硼的精确测定和分光光度法中过量显色剂隐色机理讨论

本文就测定痕量硼的新方法做了讨论,提出过量显色剂隐色新体系并探讨了反应机理。方法以铍试剂Ⅲ为硼的显色剂、氯化亚锡为隐色剂、TEA-EDTA为稳定剂。显色后隐色测定灵敏度为S=2.9×10-4μgcm-2,ε_B=3.8×104。隐色-导数光谱法测量,校准曲线最低点由隐色后测定的4ppb降至0.8ppb,计算表观摩尔吸收系数ε_B=1.9×105。本文所述方法为迄今水相测定硼的方法中显色速度最快,对比度最大、灵敏度最高的方法。应用于岩矿分析取得满意结果。     

陆表自然和人文要素相互作用——“全球变化及应对”重点专项研究进展

在国家重点研发计划支持下,项目提出了陆表不均一性检测和订正的新方法,解决了渐变型不均一性检测和订正的难题,构建了中国地表太阳辐射、气温、地温、风速和降水等参数均一化站点和格点数据集,修订了关于中国地表风速变化趋势、增温格局及其形成机制的结论。融合多源数据,构建并验证了千米级、流域级或县域级的电厂、人口、生物质能、取水量、氮排放、二氧化碳排放等影响自然系统的关键人文要素历史和未来预估数据集。构建了未来关键人文要素情景,研制了碳中和目标下甲烷和氧化亚氮排放情景和用于驱动全球模式的未来情景,预估了中国碳中和战略的实施对全球变暖的减缓作用,发现中国碳中和对远期和中期全球变暖的减缓作用显著。给出了中国各省份水体氮排放安全阈值及超越时间,阐明了中国粮食产量与氮施肥的关系,提出了在保障粮食安全的前提下减少水体氮排放的有效途径,指出重构城乡养分循环体系是同时保障粮食安全和恢复水质的必要途径。发现全球饱和水汽压差的年际变化与大气二氧化碳浓度上升速率的年际变化显著相关,阐明了饱和水汽压差变化在调控生态系统生产力中的重要角色以及多因素耦合作用在生态系统生产力变化中的复杂影响。建议更全面细致地评估中国各种碳中...     

梅雨降水季节预测的多方法比较

基于1961—2000年逐月降水观测资料和全球大气再分析资料,分析了6—7月长江中下游(108°～123°E,27°～33°N)梅雨的时空分布特征。通过观测诊断和数值试验确定了影响梅雨异常偏多的3个前期因子:4—5月平均的西北太平洋海平面气压正异常;3月至5月北大西洋海平面气压负变压倾向;1月至4月西伯利亚的2 m温度负倾向。利用这3个具有物理意义的影响因子构建了梅雨季节预测模型,该模型在训练期(1961—2000年)和独立预测期(2001—2022年)均具有显著的预测技巧(相关系数分别为0.79和0.77,均方根误差分别为0.59和0.68)。同时,基于相似的潜在预测因子,对比了利用偏最小二乘回归方法和5种机器学习方法(随机森林、轻量级梯度提升机、自适应提升、类别型特征提升、极端梯度提升)建立的预测模型的技巧。虽然训练期(1961—2000年)偏最小二乘回归和机器学习建模拟合效果更高,但在独立预测期(2001—2022年)上述模型的预测技巧显著降低(相关系数均低于0.44,均方根误差均大于0.93),出现了明显的过拟合问题。本研究强调梅雨的短期气候预测应建立在物理机制基础之上,而使用机器学习方法需谨慎。     

空间分辨率对中国夏季降水时空演变特征的影响

本文使用1979—2021年国家气候中心160站(R₁₆₀)和国家级地面气象观测站2 314站(R₂₃₁₄)逐月降水观测资料,利用EOF (Empirical Orthogonal Function)分解和相关分析等方法,研究两类资料夏季降水时空变化特征及其与海气因素之间物理联系的表征水平差异,并分析了差异的可能原因。结果表明,R₁₆₀在我国西北、青藏高原等地区站点极为稀疏,导致其各EOF模态对上述地区降水的时空变化特征描述失真,中东部地区偏低的空间分辨率会使局地强降水的变化特征信号损失,造成降水的年际变率降低。而R₂₃₁₄主模态能够更为真实地反映我国降水的时空演变特征,特别是在极端降水频发的江淮地区以及降水受局地地形影响较大的山区,其EOF主模态的空间分布和时间系数演变与ENSO (El Niño-Southern Oscillation)、西太平洋副热带高压、青藏高原雪盖等气候强迫信号之间的相关性更为显著。     

基于数据传输特性的卫星广播通道参数优化方法与应用

中国气象局卫星广播系统（CMACast）是全球对地观测广播系统（GEONETCast）框架下三大对地广播系统之一,在世界气象组织信息系统（WIS）和综合卫星数据分发服务系统(IGDDS)框架下,承担亚太地区气象数据广播分发的职责。随着气象业务的发展,广播系统数据量由180 GB/天增长至460 GB/天,在广播带宽资源有限而广播数据种类和大小各异的情况下,系统管理员越来越难以通过经验对广播通道参数调整以保持广播系统播发效率,造成部分通道数据播发时效下降严重,不能满足业务时效要求。通过对不同气象数据传输特性的定量分析,获得各类数据的精细化数据传输样本,在此基础上对各类数据广播通道参数进行科学、定量的计算和优化,使数据播发时效明显提升,应用到实际广播业务中效果明显。     

基于迁移学习方法的山东冷云冰晶特征分布研究

为分析冷云中冰晶的分布特征,揭示冰晶增长演变机制,根据冰晶形状和尺度特征分为8类并进行标注,同时标注1类隔断栏进行数据质量控制,将9类标签图像整合并建立图像集,利用迁移学习VGGNet16方法进行识别训练,经训练模型分类准确率达98%。将模型应用到秋季冷云冰晶特征研究中,选取3次积层混合云和3次层状云降水过程,分析冰晶形状在不同温度区间的占比及冰晶谱变化特征,结果表明,温度通过影响冰晶基面与棱面的比值来决定冰晶初始形状分布,相同温度区间积层混合云内球状冰晶和线型冰晶占比高于层状云,低于-12℃后各类冰晶占比相对固定;积层混合云内线型冰晶直径集中在300~800 μm,冰晶谱呈多峰分布,聚合体直径大于600 μm,冰晶谱首尾两端浓度相当,球状冰晶直径集中在120～300 μm,冰晶谱呈单调下降趋势。     

集成学习和动态融合算法在福建省短时强降水预报中的应用

为了提高短时强降水预报准确性,在2019—2020年4—9月福建省逐时降水实况观测资料与中国气象局广东快速更新同化数值预报系统(CMA-GD)模式预报产品的基础上,应用LightGBM集成学习算法框架,建立以30 mm·h^-1为阈值的逐时降水预报模型。通过特征处理、自助聚合及超参数搜索等技术对模型进行优化,结合AUC、AUPR与传统分类指标,设计了包括业务模拟测试在内的多项试验,通过对比各建模方案验证了模型对于较长时效的短时强降水预报的适用性。结果表明:模式预报本身的命中率和空报率均较高,各建模方案具有不同程度的改善作用。自助聚合可以增强模型预测稳定性,轻微不平衡子训练集能降低模型预测空报率而取得更高的综合评分,在验证集中最佳TS评分可达17.5%;对分类信息增益贡献最大的特征变量为K指数,其次为500 hPa露点温度和时间参数特征;试验指标从优到劣依次为:随机交叉验证、小时划分的随机交叉验证、业务模拟测试,可见模型有效性主要来自相同或相邻时刻的样本信息;设计基于逻辑回归的异质模型动态融合方案以改善静态同质模型表现,各项指标均有小幅提升,在命中率接近50%时削减空...     

四川盆地东部再生稻高温伏旱区腋芽萌发期气象适宜度

以四川盆地东部再生稻高温伏旱区为研究区,基于气象条件对腋芽萌发期再生稻生长发育的影响机理,采用结构方程模型探明了腋芽萌发的影响因素、影响路径及影响强度。进一步结合隶属函数和层次分析法,构建了再生稻腋芽萌发气象适宜度模型,并分析了1981—2021年研究区腋芽萌发期气象影响因素及气象适宜度的变化特征。结果表明：气温、空气湿度、降水是四川盆地东部再生稻高温伏旱区腋芽萌发的关键影响因素,基于以上因素的气象适宜度模型能较好地评价再生稻腋芽萌发期的气象影响。1981—2021年研究区气温适宜度、空气湿度适宜度及综合气象适宜度均呈下降趋势,降水适宜度没有表现出明显的变化趋势。气温适宜度、空气湿度适宜度及综合气象适宜度总体呈“西高东低”的空间分布特征,降水适宜度则表现为“东西高、中部低”。1981—2021年研究区气温上升趋势与空气湿度下降趋势显著,导致致害高温（日平均气温≥32℃）积温和致害低湿（日平均相对湿度≤65％）日数明显增加,这是再生稻腋芽萌发期气象适宜度总体呈下降趋势的诱因。     

基于印度洋海温信号的我国西北地区东部夏季降水组合降尺度预测方法研究

利用国家气候中心第二代气候模式预测业务系统(BCC-CPSv2)预测产品,引入印度洋海温信号,采用组合降尺度方法建立了西北地区东部汛期降水预测模型。该预测模型对1991—2017年西北地区东部夏季降水的回报技巧较BCC-CPSv2预测技巧显著提高,空间相关系数由0.42提高到0.75,均方根误差明显减小,最多下降达80%。预测模型对降水空间分布型的预测能力较好,很好地回报了典型年份（1987年和2010年）夏季的降水距平百分率分布。通过抓住气象变量的空间分布特征,组合降尺度方法可以修正动力模式产品的预测误差,为西北地区东部夏季降水预测提供科学依据和技术支持,具有较好的应用前景。